提高氫解產(chǎn)率，連續(xù)流催化加氫體系中有關溶劑的經(jīng)驗分享

時間：2023-9-18

　　連續(xù)微反應加氫技術是一種原子經(jīng)濟且高效、綠色化的合成手段。

　　溶劑對非均相催化加氫體系的影響也較大，通常涉及氫氣的溶解度，溶劑分子在催化劑活性位上的競爭性吸附，催化劑顆粒的團聚以及反應物或產(chǎn)物分子與溶劑之間的相互作用。

　01　　最佳溶劑　

　　不同催化劑-溶劑組合的加氫活性略有差異。

　　連續(xù)流催化加氫脫保護通常選擇低級醇、四氫呋喃、乙酸乙酯、乙酸和二甲基甲酰胺等極性溶劑為反應溶劑，其中二甲基酰胺在含OH-的水溶液中會逐漸分解為甲酸根與二甲胺，而游離胺的存在會影響催化劑的部分活性。鑒于甲醇和乙醇的低毒性、低成本和高溶解性，其通常被視為最佳溶劑。

　　當選取SiliaCatPd(0)為催化劑，并以甲醇、乙醇或四氫呋喃為反應溶劑分別進行1-(芐氧基)-4-甲氧基苯的加氫脫保護。結果表明，底物在甲醇中的氫解速率最快，且底物濃度過高會減緩甚至抑制氫解反應。

　02　　溶劑特性　

　　脫保護溶劑還可分為單相和雙相溶劑，后者有助于實現(xiàn)氫解產(chǎn)物與保護基的相分離，可有效解決目標產(chǎn)物的分離問題，并避免因有機組分快速固化而造成管線堵塞。

　　當分別利用純乙醇和KOH-異辛烷-Aliquat®336混合溶劑進行芐甲基醚的氫解時，發(fā)現(xiàn)Pd/C催化劑在乙醇中的氫解效率明顯較高，而Raney-Ni恰恰相反。推測催化劑表面涂覆的Aliquat®336可促進Raney-Ni向反應的有機相轉移，并為底物提供具有特定官能團催化位點的反應微環(huán)境。

　　在研究體系pH與脫芐基和脫氯的選擇性關系時，以4-氯-N,N-二芐基苯胺為底物，并采用三乙胺/乙酸緩沖液調節(jié)反應體系的pH。研究結果表明，當體系的pH高于被保護胺的pKa時，可以實現(xiàn)高選擇性脫氯；反之，有機胺將以質子化形式存在，增強N-Bn鍵(Bn代表芐基)的親電性，既可抑制脫氯的部分活性，又能防止催化劑失活。

　　在連續(xù)氫解芐基類保護基時發(fā)現(xiàn)四氫呋喃和2-甲基四氫呋喃對Pd(OH)2/Al2O3催化劑具有一定的毒害作用，可使氫解轉化率緩慢下降，但具體的催化劑失活機理有待進一步研究。

　03　　為什么是氫氣　

　　氫氣在傳統(tǒng)有機溶劑中的溶解度一般較低，但與超臨界流體(如超臨界二氧化碳)混溶。超臨界流體憑借其低黏性、良好的傳質和傳熱性能以及易與產(chǎn)物和溶劑相分離，將在連續(xù)催化加氫領域占據(jù)重要地位。

　04　　為什么選連續(xù)流　

　　相較于高壓間歇加氫釜等傳統(tǒng)反應器，連續(xù)流微反應器可利用其微通道優(yōu)勢解決氣-液-固三相界面接觸面積小、相間傳遞速率低等問題，其高效的氣液傳質效率與平推流特性還可實現(xiàn)高選擇性脫保護，并顯著縮短反應時間。

　　此外，加氫脫保護通常需在一定壓力下進行，以增加氫氣在溶劑中的溶解度及其在催化劑表面的吸附程度，故存在一定操作危險性，而連續(xù)微反應器憑借其體積小、持液量小、氫氣滯留量低等優(yōu)勢可實現(xiàn)安全可控的生產(chǎn)目的。

　05　　設備的優(yōu)選　

　　連續(xù)微反應加氫技術在脫保護反應中的優(yōu)勢明顯。H-Flow微反應加氫平臺基于清華大學微反應加氫技術，具有過程安全性高、反應時間短和催化劑成本低等特點，經(jīng)過不斷的迭代升級，已經(jīng)實現(xiàn)了加氫反應全流程自動控制、在線實時檢測、樣品自動采集等自動化控制及時、準確地監(jiān)測反應信息。通過反應進程的監(jiān)控，利用收集到的數(shù)據(jù)進行連續(xù)反饋與調控，實現(xiàn)反應過程的不斷優(yōu)化，這將顯著提高工藝開發(fā)的整體效率。